JP2005220614A

JP2005220614A - 仕口ダンパー

Info

Publication number: JP2005220614A
Application number: JP2004029510A
Authority: JP
Inventors: Takao Kawai; 孝夫河合; Kenichi Kashihara; 健一樫原
Original assignee: Konoike Construction Co Ltd
Current assignee: Konoike Construction Co Ltd
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】より形状の小型化の要請に対応可能な仕口ダンパーを提供する。
【解決手段】木造軸組構造の仕口部に固定する仕口ダンパー１０であって、柱に固定する柱固定部１８を有する第１硬質板１２と横架材に固定する横架材固定部２０を有する第２硬質板１４と第１硬質板１２と第２硬質板１４の間に接着積層されたシートの粘弾性材１６とからなり、粘弾性材１６はせん断弾性率Ｇが２００〜１０００ｋＰａ、ｔａｎ δが０．３以上、最大せん断変形歪みが３００％〜６００％であり、粘弾性材１６のシートの厚さをｄ（ｃｍ）、柱固定部の柱当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離又は前記横架材固定部の横架材当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離の短い方をＬ（ｃｍ）とした場合、Ｌ／９０≦ｄ≦Ｌ／４５である仕口ダンパー１０とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、木造軸組工法により建築された木造建物等の構造体における柱と横架材（梁、桁、大引等）の隅角接合部である仕口部に装着固定することによって、接合部の補強及び建物等の構造体の耐震性を向上させる木造軸組構造体用の仕口ダンパーに関するものである。

木造軸組工法により構築された木造建物等の構造体の仕口に固定するダンパーとしては、２枚の硬質板の間にシート状の粘弾性材をサンドイッチした構造の粘弾性ダンパーが公知である（特許文献１）。

特許文献１に記載の仕口ダンパーは、最大せん断変形量（歪み）
γ＝１００（最大せん断変形量／厚さ）（％）
が３００％までの粘弾性材を使用し、第１の硬質板の端部と第２硬質板の固定部との間隔が所定範囲となるように規定し、地震による変形時に第１の硬質板の端部と第２硬質板の固定部とが当たることによって柱又は横架材が破壊することを防止するものである。
特開２００３−２４７２６９号公報

仕口ダンパーは、日本各地において大地震の発生の可能性が高まっているために、既に建築された建築物を補強して地震による倒壊を防止するために使用が拡大している。係る補強に際しては、既に壁が形成されている部分において壁を除去して補強することはできないために、仕口ダンパーは柱と横架材が露出している開口部に固定される。また神社仏閣においては、壁が元々存在せず、柱が露出しており、係る構造により形成される空間が重要な意味を有するため、いずれにおいても固定した仕口ダンパーが露出する。従って、仕口ダンパーの大きさは、見栄えの観点より小さい方が好ましく、使用の拡大に伴って従来よりもさらに形状の小型化が求められている。

特許文献１に記載された仕口ダンパーは、地震による変形時に第１の硬質板の端部と第２硬質板の固定部とが当たることによって柱又は横架材が破壊することを防止する目的は達成されているが、小型化の要請に対応するには限度があった。

本発明は、より形状の小型化の要請に対応可能な仕口ダンパー並びにその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、木造軸組構造の仕口部に固定する仕口ダンパーであって、
柱に固定する柱固定部を有する第１硬質板と横架材に固定する横架材固定部を有する第２硬質板と前記第１硬質板と第２硬質板の間に接着積層されたシート状粘弾性材とからなり、
前記粘弾性材はせん断弾性率Ｇが２００〜１０００ｋＰａ、ｔａｎ δが０．３以上、最大せん断変形歪みが５００％以上であり、
前記シート状粘弾性材の厚さをｄ（ｃｍ）、前記柱固定部の柱当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離又は前記横架材固定部の横架材当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離の長い方をＬ（ｃｍ）とした場合、
Ｌ／９０≦ｄ≦Ｌ／４５
であることを特徴とする。

係る構成の仕口ダンパーは、十分な耐震補強性能、即ち地震により柱と横架材の変角変形を生じるエネルギーを吸収する性能を有し、しかもより形状の小型化の要請に対応可能である。

係る範囲の特性を有する粘弾性材を使用すると、厚さが薄くでき、そのため仕口ダンパーの小型化が可能となる。粘弾性材の最大せん断変形歪みは６００％以上であることがより好ましい。またｔａｎ δは、０．５以上であることがより好ましい。

シート状粘弾性材の厚さｄがＬ／９０未満の場合には、上記特性のシート状粘弾性材を使用しても地震発生時の柱と横架材の変形角が倒壊までに許容される最大変形角（１／１５ラジアン）まで変形するまでエネルギー吸収できずにダンパーが破壊し、柱と横架材を構成する木材のめり込みによる耐久限度を超えて建築物が倒壊する。シート状粘弾性材の厚さｄがＬ／４５を超える場合には、上記特性を有するシート状粘弾性材を使用しても小さな地震におけるエネルギー吸収による制振効果が十分ではなくなり、柱と横架材の変形角が１／１２０ラジアンを超えて建築物に被害が発生する場合がある。

シート状粘弾性材の厚さｄの下限値は、Ｌ／７５以上であることがより好ましく、ｄの上限値はＬ／６０以下であることがより好ましい。Ｌ／７５≦ｄ≦Ｌ／６０、即ち６０ｄ≦Ｌ≦７５ｄであることが特に好ましい。

粘弾性材のせん断弾性率Ｇ及びｔａｎ δは、温度１０〜３０℃の範囲において、振動数０．５〜３Ｈｚ、せん断変形率１００〜５００％にて測定した値である。また最大せん断変形歪みは、１０〜３０℃の範囲において振動数０．５〜３Ｈｚにて測定したものである。

上述の仕口ダンパーにおいては、前記シート状粘弾性材の面積をＳ（ｃｍ² ）、前記柱と横架材の断面短辺の最小値をａ（ｃｍ）とした場合、
Ｓ≦１．８ａ²
であることが好ましい。

シート状粘弾性材の面積Ｓが上記式を満足することにより、形状が小型でありつつ地震時の仕口ダンパーの剪断変形により発生する力が、木材の中で最も強度の低い杉材等にて構成された柱又は横架材の強度を超えないので、柱又は横架材が折損して建築物が倒壊することが防止される。

別の本発明は、木造軸組構造の仕口部に固定する仕口ダンパーの製造方法であって、
柱に固定する柱固定部を有する第１硬質板と横架材に固定する横架材固定部を有する第２硬質板との間に最大せん断変形歪みが５００％以上のシート状粘弾性材を接着積層するものであり、
前記シート状粘弾性材の厚さをｄ（ｃｍ）、前記柱固定部の柱当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離又は前記横架材固定部の横架材当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離の長い方をＬ（ｃｍ）とした場合、
Ｌ／９０≦ｄ≦Ｌ／４５
となるように設定することを特徴とする。

係る製造方法により、従来技術よりも小型の仕口ダンパーを製造することができる。

本発明の制振ダンパーの取付方法についての好適な実施形態を説明する。図１は本発明に使用する制振ダンパーの最良の形態を例示した組図と斜視図である。制振ダンパー１０は、第１硬質板、第２硬質板である２枚の金属板１２、１４の間にシート状の粘弾性材１６を接着・積層して構成されている。第１の金属板１２には柱固定部１８が、第２の金属板１４には横架材固定部２０が設けられている。柱固定部１８及び横架材固定部２０には、制振ダンパー１０を仕口部分に取り付けるための孔２２、２４が、それぞれ複数設けられている。柱固定部１８、横架材固定部２０は、一方が柱固定部に、他方が横架材固定部となる。

図１に示した例においては、仕口ダンパー１０の粘弾性材１６は直角二等辺三角形であるが、この形状は特に限定されるものではなく、仕口部分に取付可能であって所定のせん断弾性を有するものであれば円形、四角形、五角形、扇形、星型やこれらの組合せを含む変形体等であってもよい。ただし、製造の簡便さの観点より、上述の略直角二等辺三角形形状であることが好ましい。

柱固定部１８、横架材固定部２０は、それぞれ金属板１２、１４の端部を折り曲げて形成、溶接による接合等により形成されるが、簡便で低コストであることから、折り曲げて形成したものであることが好ましい。

図２は、図１に例示した仕口ダンパーの正面図である。シート状粘弾性材１６は、４５度の角度部分が面取りされた直角二等辺三角形であり、柱固定部１８の柱又は横架材当接面から粘弾性材の遠隔端部までの距離Ｌ１又は横架材固定部２０の横架材又は柱当接面から粘弾性材の遠隔端部までの距離Ｌ２の大きい方がＬである。図１ないし図２に示した例では、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌである。

図３には、地震発生時の柱と横架材並びにこれらに固定した仕口ダンパーの変形した様子を示した。仕口部分に固定された仕口ダンパー１０は、柱５２が横架材である梁５０に対して変形角θまで変角変形し、この変形に伴って粘弾性材がせん断変形を起こし、その発生力により変形角が限度以上になって建築物の倒壊が防止される。

本発明の仕口ダンパーは、２層以上の粘弾性材を有する構造であってもよい。図４には、シート状粘弾性材層を２層有する仕口ダンパーの例を斜視図（ａ）と斜視図のＸ−Ｘ断面図（ｂ）にて示した。この仕口ダンパー３０は、第１硬質板３２は図１の例と同じ形状であるが、第２硬質板３４が、端部の柱ないし横架材固定部より分岐する２層構造を有し、２層の粘弾性材層１６を備えている。

第１硬質板ないし第２硬質板に好適な金属板を構成する金属材料としては、鉄、ステンレススチール、銅、黄銅、アルミニウムから選択されるものであることが好ましい。鉄としては鋳鉄、炭素鋼などが使用でき、ステンレススチールとしてはＳＵＳ３１６，３０４，３０１，４１０，４３０等が、またアルミニウムとしてはＡｌ３００３，６０６１等が例示される。金属材料としては、鉄、ステンレススチールから選択することが強度、耐久性等が優れているので、より好ましい。鉄材（鋼材）は、クロムメッキ等のメッキを施されたものであることが好ましく、ステンレススチールにはさらにクロム酸処理等の不動態処理をすることも好適である。

金属板３４、３６の粘弾性材との接着面は、接着力を高めるための表面処理をすることが好ましく、例えばショットブラスト処理、接着剤処理、プラズマ処理などが例示される。表面処理は、２種以上を併用してもよい。金属板の厚さは、使用する材質の剛性を考慮して適宜設定されるが、１〜１０ｍｍ、好ましくは１〜７ｍｍである。

粘弾性材１６を構成する材料としては、公知の熱可塑性粘弾性材が限定なく使用できる。熱可塑性粘弾性材としては、高ビニル含量のスチレン−イソプレン系ブロック共重合体並びにその水素添加物、イソブチレンを単量体主成分とする重合体ブロックとイソブチレンを主成分としない重合体ブロックを有しているブロック共重合体、具体的にはスチレン−イソブチレン−スチレントリブロック共重合体等の熱可塑性ブロック共重合体が例示される。

熱可塑性粘弾性材は、天然ゴム，イソプレンゴム，ブチレンゴム，ＳＢＲ，ＮＢＲ，ＥＰＤＭ，ポリウレタン，シリコンゴム，ブタジエンゴム，クロロプレンゴム等の未加硫ゴムゴムの中より選ばれた少なくとも一種を使用した組成物であってもよい。また熱可塑性熱可塑性ブロック共重合体と未加硫ゴムとを併用してもよい。

上記の熱可塑性粘弾性材には、必要に応じて添加剤ないし充填剤を添加して特性を調整してより好ましい粘弾性体とする。添加剤としては、粘着付与樹脂、可塑剤、安定剤、顔料、滑剤、難燃剤などが例示される。

粘着付与樹脂は、熱可塑性粘弾性材を構成する重合体のガラス転移温度（Ｔｇ）を高温側にシフトさせ、可塑剤は低温側にシフトさせる効果があり、減衰性能、剛性の調整上重要な添加剤である。

粘着付与樹脂としては、数平均分子量３００〜３０００、ＪＩＳＫ２２０７に定められた環球法に基づく軟化点が６０〜１５０℃である低分子量の樹脂であって、ロジン及びその誘導体、ポリテルペン樹脂、芳香族変性テルペン樹脂及びそれらの水素添加重合体、テルペンフェノール樹脂、クマロン・インデン樹脂、脂肪族系石油樹脂、脂環族系石油樹脂及びその水素添加重合体、芳香族系石油樹脂及びその水素添加重合体、脂肪族芳香族共重合系石油樹脂及びその水素添加重合体、ジシクロペンタジエン系石油樹脂及びその水素添加重合体、スチレンまたは置換スチレンの低分子量重合体等が例示される。これらの樹脂の種類、添加量は、熱可塑性粘弾性材を構成する重合体のガラス転移温度を−１５℃〜１５℃の範囲となるように選択し、添加することが好ましい。

また可塑剤としては、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルあるいは芳香族系プロセスオイルなどの石油系プロセスオイル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルあるいはアジピン酸ジブチルなどの二塩基酸ジアルキルエステル、液状ポリブテンないし液状ポリイソプレンなどの低分子量液状ポリマーが例示される。

粘弾性材１６の厚さｄは、０．５〜１０ｍｍであることが好ましく、１〜５ｍｍであることがより好ましい。この範囲において、Ｌを設定すると、所定の制振性能を有し、かつ従来技術と比較して形状の小さな仕口ダンパーを設計することができる。粘弾性材の面積は、５０〜１０００ｃｍ² であることが好ましく、１００〜６００ｃｍ² であることがより好ましい。

本発明の仕口ダンパーは、第１硬質板と第２硬質板を所定位置かつ所定間隔に配設し、その間に粘弾性材を注入する方法、第１硬質板上に粘弾性材を載置し、第２硬質板を粘弾性材上に載置してスペーサー等により設定された厚さに圧縮して接着する方法等により製造することができる。

（実施例）
図２に示した形状を有し、変形率１００％、測定温度２０℃、測定速度１Ｈｚの測定条件で測定した特性が、せん断弾性率が４５０ｋＰａ、ｔａｎ δが０．７８、最大せん断歪みが５８０％のスチレン−イソブチレン−スチレントリブロック共重合体系の厚さｄ＝３ｍｍのシート状粘弾性材を使用し、Ｌ＝２００ｍｍ（＝６７ｄ）とした場合、木造建築物において倒壊するとされる柱と横架材の最大変形角１／１５ラジアンにおけるせん断変形歪みは４４０％であり破壊せずにエネルギー吸収効果を発揮した。

（比較例）
実施例において最大せん断歪みが３００％であって、他の特性がほぼ同じ粘弾性材を使用したところ、厚さｄ＝４ｍｍの場合には、最大変形角１／１５ラジアンにおいてせん断変形歪みが３００％を超えて仕口ダンパーが破壊した。厚さｄ＝５ｍｍとしたところ、せん断変形歪みが２７０％であり、破壊せずにエネルギー吸収効果を発揮した。

即ち、最大変形角１／１５ラジアンにおいて破壊しない仕口ダンパーを比較すると、最大せん断歪みが５００％の粘弾性材を使用した場合には、ｄ＝３ｍｍで十分であるのに対して、最大せん断歪みが３００％の粘弾性材を使用した場合には、ｄ＝５ｍｍが必要であった。仕口ダンパーの剛性は、粘弾性材の面積をＳ，厚さをｄとすると、Ｓ／ｄに比例するから、変形エネルギーを吸収して変形を防止する剛性を同程度に設定すると、最大せん断歪みが５００％の粘弾性材を使用した仕口ダンパーの粘弾性材シートの面積Ｓは、最大せん断歪みが３００％の粘弾性材を使用した場合の３／５倍（６０％）となり、小型の仕口ダンパーとすることができた。

制振ダンパーの好適な形態を例示した組図と斜視図制振ダンパーの好適な形態を例示した正面図仕口部に固定した仕口ダンパーが変形した状態を示した側面図２層の粘弾性材層を有する仕口ダンパーの好適な形態を例示した図

符号の説明

１０仕口ダンパー
１２第１硬質板
１４第２硬質板
１６シート状の粘弾性材
１８柱固定部
２０横架材固定部

Claims

木造軸組構造の仕口部に固定する仕口ダンパーであって、
柱に固定する柱固定部を有する第１硬質板と横架材に固定する横架材固定部を有する第２硬質板と前記第１硬質板と第２硬質板の間に接着積層されたシート状粘弾性材とからなり、
前記粘弾性材はせん断弾性率Ｇが２００〜１０００ｋＰａ、ｔａｎ δが０．３以上、最大せん断変形歪みが５００％以上であり、
前記シート状粘弾性材の厚さをｄ（ｃｍ）、前記柱固定部の柱当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離又は前記横架材固定部の横架材当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離の短い方をＬ（ｃｍ）とした場合、
Ｌ／９０≦ｄ≦Ｌ／４５
であることを特徴とする仕口ダンパー。
前記シート状粘弾性材の面積をＳ（ｃｍ² ）、前記柱と横架材の断面短辺のうちの最小値をａ（ｃｍ）とした場合、
Ｓ≦１．８ａ²
であることを特徴とする請求項１に記載の仕口ダンパー。
木造軸組構造の仕口部に固定する仕口ダンパーの製造方法であって、
柱に固定する柱固定部を有する第１硬質板と横架材に固定する横架材固定部を有する第２硬質板との間に最大せん断変形歪みが５００％以上のシート状粘弾性材を接着積層するものであり、
前記シート状粘弾性材の厚さをｄ（ｃｍ）、前記柱固定部の柱当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離又は前記横架材固定部の横架材当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離の長い方をＬ（ｃｍ）とした場合、
Ｌ／９０≦ｄ≦Ｌ／４５
となるように設定することを特徴とする仕口ダンパーの製造方法。